[发明专利]尿液-粪便-冲洗水原位分离处理系统的设计方法

说明书

本发明提供了一种基于“设计‑模拟‑验证”模式的尿液‑粪便‑冲洗水原位分离处理系统的设计方法，包括尿液分离结构设计、冲洗水收集结构设计，进一步包括马桶内部用于尿液分离的开孔位置、开孔大小、开孔数量、尿液输送管、冲洗水收集管路的设计及计算。首先，通过对开孔位置、开孔大小及个数的设计计算初步确定设计参数范围；其次，通过喷水器模拟排尿及Solidworks Flow Simulation对冲洗水分布拟合，锁定设计参数值；最后，通过冲水实验和尿液分离实验来验证冲洗水收集性能和检测整体冲洗水‑尿液回收率。最终得到验证，此源分离便器在规定用水量下满足在设定时间段内有效收集冲洗水功能、平均尿液收集率均达到70％以上，冲洗水分散率在30％以下。

技术领域

本发明涉及公共卫生器具领域，尤其涉及一种基于“设计-模拟-验证”模式的尿液-粪便-冲洗水原位分离处理系统的设计方法。

背景技术

随着公共卫生器具的不断发展，将粪便和尿液进行源头分离、分别收集利用成为目前最有潜力的治理模式。此模式可以运用到原位处理厕所当中，降低了城市污水厂投资规模和运行费用，并促进了资源循环，将带来良好的经济、环境效益。

但是，目前我国大多数厕所还是以混合收集粪便-尿液的模式为主。若想提高对高利用价值营养物质的回收利用，需要针对尿液-粪便-冲洗水原位分离处理厕所中尿液分离结构构件进行优化，使得马桶能够较高效地回收尿液，分离粪便。因此，高效分离尿液和粪便，提高冲洗水利用率，是人们研究的方向。

发明内容

有鉴于此，本发明的发明目的是提供一种尿液-粪便-冲洗水原位分离处理系统的设计方法，该设计方法基于“设计-模拟-验证”模式对源分离马桶的各项参数进行设计计算及部分优化，研发了厕所粪污源分离技术，设计源分离便器、构建便器产品的模型、研究运行效能及影响因素，提高冲洗水利用效率。本发明提供的尿液-粪便-冲洗水原位分离处理系统的设计方法能够高效地原位分离尿液与粪便，在提高冲洗水回收利用的同时提高了后续处理效果。

一种尿液-粪便-冲洗水原位分离处理系统的设计方法，其包括以下步骤：

尿液分离结构设计，该尿液分离结构设计包括马桶的开孔位置设计、所述开孔的大小及数量设计、尿液输送管设计；所述开孔的大小及数量设计为：先拟定流量Q，其中，n指所述开孔的个数，A₂指单个开孔的大小，A₁指筛板面积，P₁、P₂分别指尿液通过所述开孔前后的压强，ρ指尿液密度，β指粘度系数，C_d指流量系数，μ指运动粘度，d指所述开孔的直径，v指尿液平均流速；利用流量Q反推粘度系数β值，从而确定所述开孔的大小及数量；所述开孔位置设计包括以下步骤：确定尿液入射角度α、发射点位于马桶排水口正上方的距离Oy、尿液初速度v；将尿液运动轨迹抛物线正交分解，分解为水平匀速运动和垂直自由落体运动；根据发射点位于马桶排水口正上方的距离Oy，通过公式计算得出尿液从出发点落到马桶内壁的时间t；以及根据入射角度α和尿液初速度v，通过v_x＝cos v，得到水平匀速运动的速度v_x＝v₀；通过公式Ox＝v₀t，得到所述开孔位置距马桶排水口外侧的水平距离；以及

冲洗水收集结构设计，该冲洗水收集结构设计包括冲洗水收集管路的构建和阀门时间控制的计算。

一种基于“设计-模拟-验证”模式的尿液-粪便-冲洗水原位分离处理系统的设计方法，其包括以下步骤：

首先，通过对马桶的开孔位置、开孔大小及数量、尿液输送管的设计，初步确定设计参数范围；

其次，通过喷水器模拟排尿及对冲洗水分布拟合，锁定设计参数值；以及

最后，通过冲水实验和尿液分离实验验证冲洗水收集性能和检测整体冲洗水-尿液回收率；和/或平均尿液收集率为70％以上，和/或冲洗水分散率为30％以下。